화학적 산화막을 이용한 에미터 패시베이션에 관한 연구

부현필(Boo, Hyun Pil),강민구(Kang, Min Gu),김영도(Kim, Young Do),이경동(Lee, KyungDong),박효민(Park, Hyomin),탁성주(Tark, Sung Ju),박성은(Park, Sungeun),김동환(Kim, Dongwhan) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06

질산 용액을 이용한 처리를 통해서 실리콘 웨이퍼 위에 누설 전류가 thermal oxidation 방법과 비슷한 수준의 얇은 실리콘 산화막을 형성할 수 있다. 이러한 처리 방법은 thermal oxidation에 비해서 낮은 온도에서 공정이 가능하다는 장점을 가진다. 이 때 질산 용액으로 68 wt% HNO₃을 쓰는데, 이 용액에만 넣었을 때에는 실리콘 산화막이 어느 정도 두께 이상은 성장하지 않는 단점이 있다. 그렇기 때문에 실리콘 웨이퍼를 68 wt% HNO₃에 넣기 전에 seed layer 산화막을 형성 시킨다. 본 연구에서는 p-type 웨이퍼를 phosphorus로 도핑해서 에미터를 형성 시킨 후에 seed layer를 형성 시키고 68 wt% HNO₃를 이용해서 에미터 위의 실리콘 산화막을 성장 시켰다. 이 때 보다 더 효과적인 seed layer를 형성 시키는 용액을 찾아서 실험하였다. 40 wt% HNO₃, H₂SO₄-H₂O₂, HCl-H₂O₂ 용액에 웨이퍼를 10분 동안 담그는 것을 통해서 seed layer를 형성하고, 이를 121?C인 68 wt% HNO₃에 넣어서 실리콘 산화막을 성장시켰다. 이렇게 형성된 실리콘 산화막의 특성은 엘립소미터, I-V 측정 장치, QSSPC를 통해서 알아보았다.

Pile-up of phosphorus emitters using thermal oxidation

부현필(Boo, Hyun Pil),강민구(Kang, Min Gu),이경동(Lee, KyungDong),이종한(Lee, Jong-Han),탁성주(Tark, Sung Ju),김영도(Kim, Young Do),박성은(Park, Sungeun),김동환(Kim, Dongwhan) 한국신재생에너지학회 2011 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.05

Phosphorus is known to pile-up at the silicon surface when it is thermally oxidized. A thin layer, about 40nm thick from the silicon surface, is created containing more phosphorus than the bulk of the emitter. This layer has a gaussian profile with the peak at the surface of the silicon. In this study the pile-up effect was studied if this layer can act as a front surface field for solar cells. The effect was also tested if its high dose of phosphorus at the silicon surface can lower the contact resistance with the front metal contact. P-type wafers were first doped with phosphorus to create an n-type emitter. The doping was done using either a furnace or ion implantation. The wafers were then oxidized using dry thermal oxidation. The effect of the pile-up as a front surface field was checked by measuring the minority carrier lifetime using a QSSPC. The contact resistance of the wafers were also measured to see if the pile-up effect can lower the series resistance.

결정질 실리콘 태양전지용 SiN_x:H 박막 특성의 최적화 연구

이경동,김영도,부현필,박성은,탁성주,김동환,Lee, Kyung-Dong,Kim, Young-Do,Dahiwale, Shailendra S.,Boo, Hyun-Pil,Park, Sung-Eun,Tark, Sung-Ju,Kim, Dong-Hwan 한국진공학회 2012 Applied Science and Convergence Technology Vol.21 No.1

수소화된 실리콘 질화막은 결정질 태양전지 산업에서 반사방지막과 패시베이션 층으로 널리 사용되고 있다. 또한, 수소화된 질화막은 금속 소성공정과 같은 높은 공정온도를 거친 후에도 결정질 실리콘 태양전지의 표면층으로서 충족되는 특성들이 변하지 않고 유지 되어야 한다. 본 연구에서는 Plasma enhanced chemical vapor deposition 장치를 이용한 수소화된 실리콘 질화막의 특성 변화에 대한 경향성을 알아보기 위하여 증착조건의 변수(온도, 증착거리, 무선주파수 전력, 가스비율 등)들을 다양하게 가변하여 증착조건의 최적화를 찾았다. 이후 수소화된 실리콘 질화막의 전구체가 되는 사일렌($SiH_4$)과 암모니아 ($NH_3$) 가스비를 변화시켜가며 결정질 실리콘 태양전지에 사용되기 위한 박막의 광학 전기 화학적 그리고 표면 패시베이션 특성들을 분석하였다. 가스 비율에 따른 수소화된 실리콘 질화막의 굴절율 범위는 1.90~2.20까지 나타내었다. 결정질 실리콘 태양전지에 사용하기 위한 가장 적합한 특성은 3.6 ($NH_3/SiH_4$)의 가스비율을 나타내었다. 이를 통하여 $156{\times}156mm$ 대면적 결정질 실리콘 태양전지를 제작하여 17.2 %의 변환 효율을 나타내었다. The Hydrogenated silicon nitride (SiNx:H) using plasma enhanced chemical vapor deposition is widely used in photovoltaic industry as an antireflection coating and passivation layer. In the high temperature firing process, the $SiN_x:H$ film should not change the properties for its use as high quality surface layer in crystalline silicon solar cells. Initially PECVD-$SiN_x:H$ film trends were investigated by varying the deposition parameters (temperature, electrode gap, RF power, gas flow rate etc.) to optimize the process parameter conditions. Then by varying gas ratios ($NH_3/SiH_4$), the hydrogenated silicon nitride films were analyzed for its optical, electrical, chemical and surface passivation properties. The $SiN_x:H$ films of refractive indices 1.90~2.20 were obtained. The film deposited with the gas ratio of 3.6 (Refractive index=1.98) showed the best properties in after firing process condition. The single crystalline silicon solar cells fabricated according to optimized gas ratio (R=3.6) condition on large area substrate of size $156{\times}156mm$ (Pseudo square) was found to have the conversion efficiency as high as 17.2%. Optimized hydrogenated silicon nitride surface layer and high efficiency crystalline silicon solar cells fabrication sequence has also been explained in this study.

Effects of annealing on ion-implanted Si for interdigitated back contact solar cell

강민구,이종한,부현필,탁성주,황해철,황욱중,강희오,김동환 한국물리학회 2012 Current Applied Physics Vol.12 No.6

Effects of annealing on the properties of P- and B-implanted Si for interdigitated back contact (IBC) solar cells were investigated with annealing temperature of from 950 to 1050 ℃. P-implanted samples annealed at 950 ℃ were enough to activate dopants and recover the damage by implantation. As the annealing temperature was increased, the diode properties of P-implanted samples were degraded,while that of B-implanted samples were improved. However, in order to activate an implanted B ion, Bimplanted samples needed an annealing of above 1000 ℃. The implied Voc of lifetime samples by quasisteady-state photoconductance decay followed the trend of diode properties on annealing temperature. Finally, IBC cell was fabricated with a two-step annealing at 1050 ℃ for B of the emitter and 950 ℃ for P of the front and back surface fields. The IBC cell had Voc of 618 mV, Jsc of 35.1 mA/cm2, FF of 78.8%, and the efficiency of 17.1% without surface texturing. Effects of annealing on the properties of P- and B-implanted Si for interdigitated back contact (IBC) solar cells were investigated with annealing temperature of from 950 to 1050 ℃. P-implanted samples annealed at 950 ℃ were enough to activate dopants and recover the damage by implantation. As the annealing temperature was increased, the diode properties of P-implanted samples were degraded,while that of B-implanted samples were improved. However, in order to activate an implanted B ion, Bimplanted samples needed an annealing of above 1000 ℃. The implied Voc of lifetime samples by quasisteady-state photoconductance decay followed the trend of diode properties on annealing temperature. Finally, IBC cell was fabricated with a two-step annealing at 1050 ℃ for B of the emitter and 950 ℃ for P of the front and back surface fields. The IBC cell had Voc of 618 mV, Jsc of 35.1 mA/cm2, FF of 78.8%, and the efficiency of 17.1% without surface texturing.

결정질 실리콘 태양전지용 SiNx:H 박막 특성의 최적화 연구

이경동,김영도,Shailendra S. Dahiwale,부현필,박성은,탁성주,김동환 한국진공학회 2012 Applied Science and Convergence Technology Vol.21 No.1

The Hydrogenated silicon nitride (SiNx:H) using plasma enhanced chemical vapor deposition is widely used in photovoltaic industry as an antireflection coating and passivation layer. In the high temperature firing process, the SiNx:H film should not change the properties for its use as high quality surface layer in crystalline silicon solar cells. Initially PECVD- SiNx:H film trends were investigated by varying the deposition parameters (temperature, electrode gap, RF power, gas flow rate etc.) to optimize the process parameter conditions. Then by varying gas ratios (NH3/SiH4), the hydrogenated silicon nitride films were analyzed for its optical, electrical, chemical and surface passivation properties. The SiNx:H films of refractive indices 1.90∼2.20 were obtained. The film deposited with the gas ratio of 3.6 (Refractive index=1.98) showed the best properties in after firing process condition. The single crystalline silicon solar cells fabricated according to optimized gas ratio (R=3.6) condition on large area substrate of size 156×156 mm (Pseudo square) was found to have the conversion efficiency as high as 17.2%. Optimized hydrogenated silicon nitride surface layer and high efficiency crystalline silicon solar cells fabrication sequence has also been explained in this study. 수소화된 실리콘 질화막은 결정질 태양전지 산업에서 반사방지막과 패시베이션 층으로 널리 사용되고 있다. 또한, 수소화된 질화막은 금속 소성공정과 같은 높은 공정온도를 거친 후에도 결정질 실리콘 태양전지의 표면층으로서 충족되는 특성들이 변하지 않고 유지 되어야 한다. 본 연구에서는 Plasma enhanced chemical vapor deposition 장치를 이용한 수소화된 실리콘 질화막의 특성 변화에 대한 경향성을 알아보기 위하여 증착조건의 변수(온도, 증착거리, 무선주파수 전력, 가스비율 등)들을 다양하게 가변하여 증착조건의 최적화를 찾았다. 이후 수소화된 실리콘 질화막의 전구체가 되는 사일렌(SiH4)과 암모니아(NH3) 가스비를 변화시켜가며 결정질 실리콘 태양전지에 사용되기 위한 박막의 광학·전기·화학적 그리고 표면 패시베이션 특성들을 분석하였다. 가스 비율에 따른 수소화된 실리콘 질화막의 굴절율 범위는 1.90∼2.20까지 나타내었다. 결정질 실리콘 태양전지에 사용하기 위한 가장 적합한 특성은 3.6 (NH3/SiH4)의 가스비율을 나타내었다. 이를 통하여 156×156 mm 대면적 결정질 실리콘 태양전지를 제작하여 17.2 %의 변환 효율을 나타내었다.

실리콘 이종접합 태양전지에서 계면 결함 밀도의 영향

김찬석(Kim, Chan Seok),이승훈(Lee, Seunghun),탁성주(Tak, Sung Ju),최수영(Choi, Suyoung),부현필(Boo, Hyun Pil),이정철(Lee, Jeong Chul),김동환(Kim, Donghwan) 한국신재생에너지학회 2011 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.05

실리콘 이종접합 태양전지에서 계면 결함 밀도는 효율을 결정하는데 가장 중요한 요인으로 작용한다. 계면 결함은 캐리어의 재결합 위치로 작용하여, 계면 결함 밀도가 증가하면 재결합 속도가 증가하게 된다. 흡수층으로 사용되는 실리콘 웨이퍼 (결정질 실리콘)를 가능한 깨끗하게 세정함으로써, 또한 emitter로 쓰이는 비정질 실리콘을 낮은 데미지로 증착하여 계면 결함 밀도를 감소 시킬 수 있다. 이러한 계면 결함 밀도의 감소가 어떠한 변화로 인해 태양전지 특성에 영향을 주는지 시물레이션을 통해 알아보았다. n-type 웨이퍼에 p-type 비정질 실리콘을 emitter로 하여 TCO/p/i/n-type wafer/i/n/TCO/metal의 구조를 적용했고, wafer 전면과 i로 쓰인 무첨가된 비정질 실리콘 간의 계면 결함 밀도를 변수로 적용했다. 그 결과, 계면 결함 밀도가 감소함에 따라 재결합이 감소하여 태양전지 특성이 증가하는 측면도 있지만, 흡수층의 장벽 (barrier height)이 높아져 재결합을 더욱 감소시킴으로 인해 태양전지 특성이 증가함을 알 수 있었다.